Carcinogenic panic gripped“gene magic cut”: the Nature of the sub-issue bursts of two messages,CRISPR successful…

编者按：6月11日，Nature子刊 Nature Medicine上同期发表了两篇关于抑癌蛋白 p53对CRISPR在人多能干细胞中进行基因编辑的影响：CRISPR基因编辑造成的DNA双链断 裂会激活p53，引起人多能干细胞的凋亡。而最后被“筛选”存活的细胞& #65292;很有可能存在p53功能缺陷——多种恶性肿瘤的特征。这种细胞在移植&# 20837;体内后很可能具有极高的致癌风险，虽然尚无直接实验证实其致癌&# 24615;。

这两篇文章为CRISPR的安全性再次敲响警钟。这提醒我们，在应用于人& #20307;之前，CRISPR还有一段路要走。未来使用其他种类的Cas9蛋白，或是选择性&#26242 ;时抑制p53活性有可能会解决这个现在棘手的问题。

CRISPR技术曾一度被认为前景无量，也因为其高精确度和快速的特点&# 34987;无数人看好，希望它可以为基因治疗带来新曙光。然而，随着各&# 31181;试验的开展，越来越多的科学家开始质疑这项技术的副作& #29992;。

继去年5 月底 Nature 子刊 Nature Methods发表的一篇文章表明“基因编辑技术有可能会&#22312 ;引起基因组内数百种尚不确定的基因突变”后（于今年 4 月 27 日撤稿）&# 65292;6 月 11 号，发表在 Nature Medicine两篇文献接连报道 CRISPR-Cas9成功编辑的人多能干细胞& #21487;能存在致癌风险。CRISPR-Cas9的致癌性仍未得到直接验证&#Identification Number of 65292;但是& #65292;此次研究引发科学家关于该技术仍需优化的讨论。

与此前 Nature Methods那篇基于小鼠数据的实验结果不同，这两篇均是来&# 33258;于人多能干细胞的实验结果，这无疑给开发 CRISPR基因编辑疗法的&# 20225;业当头一棒。受此影响，CRISPR Therapeutics股价在 6 月11 日暴跌，至今日仍未见明显回&# 36716;。

图 | CRISPR Therapeutics股价走势（图源：Google Finance）

根据论文，瑞典卡罗林斯卡研究所（Karolinska Institutet）和诺华（Novartis）的研究人员科&# 23398;家们发现，使用 CRISPR-Cas9成功编辑的多能干细胞很可能有 p53缺陷，这将增 加肿瘤风险。按照他们的说法，“这些基因编辑细胞就仿佛&#26159 ;定时炸弹一样”。

在这次的挑战之前，CRISPR技术曾逃过两次大劫——一是该技术曾被控&#21578 ;脱靶率出奇高，但此控告在 2017 年 4 月被撤回，二是人体对 Cas9的免疫应答存 在问题，最终却被敷衍为“可解决的”。不过，对于 6月11日发表的实验 结果，我们目前还无法做更多确认。

CRISPR Therapeutics 公司的 CEO Sam Kulkarni表示，这些结果“看起来是有道理的（plausible）”。尽管这&# 20123;研究主要集中于用正常基因取代致病基因的应用，而非 DNA序列剪切，他还说：“这是我们该重视的地方，尤其是现在 CRISPR疗法被应用于&#36234 ;来越多的疾病中。我们要确保这些编辑过的细胞不会在返输回体内后成为癌细胞&#12290 ;”另一位该领域的领军科学家（其与某基因编辑公司有密切关系， 因此不便透露姓名），认为这两项研究“十分震撼人心”，并且对曾&# 32463;疏忽了这一方面的 CRISPR疗法表示了担忧。

图 | CRISPR基因编辑的几种方式（图源：CRISPR Therapeutics）

另一方面，马萨诸塞大学医学院（the University of Massachusetts Medical School）的 Erik made him说，其实来自诺华的&#37027 ;篇文章初稿自去年暑期就已经发布了预印本，但是当时 CRISPR界的专家们&# 24182;没有“惊慌失措”。他本人的研究方向是探究 CRISPR技术的新型酶和脱靶&#25928 ;应。他还提到：“这是一件值得注意的事，但我觉得这并&#19981 ;意味着 CRISPR技术无法应用到疾病治疗中。”

卡罗林斯卡研究组和诺华研究组分别在人类视网膜细胞和多能干细& #32990;中对 CRISPR进行了试验。两种细胞中的实验结果是类似的，这引起了研究 人员的重视。典型的 CRISPR-Cas9的工作原理涉及剪切双螺旋 DNA链的两条链，这导 致细胞内“急救基因” p53的活化：修复 DNA断裂或者导致细胞“自杀”。 然而，不论是哪种途径，p53活化的结果将使 CRISPR技术无法发挥作用，因为&# 21098;切后的 DNA链不是被重新连接起来就是细胞死亡。诺华研究组还&# 35777;明p53基因的活化使得 CRISPR在多能干细胞中的效率降低了十七分之一。这大概就解释了为何 CRISPR技术效率极& #20302;，即使是在病毒载体的帮助下，也只有极少数细胞的基因组被成功& #32534;辑。

图 | 肿瘤抑制蛋白 p53（图源：Wikipedia）

“我们发现 CRISPR-Cas9剪切基因组时会活化 p53&#Identification Number of 65292;”卡罗林斯卡研究组的第一作 者 Emma Haapaniemi如是说，“这使得基因编辑变得更加困难。”

换一个角度思考，细胞能被 CRISPR技术成功编辑，是因为 p53功能的失常& #23548;致细胞失去修复 DNA的能力和失去程序性死亡的能力。但问题是 < strong>p53功能失常也意味着癌症的发生，并且这不是一个偶然的现象：几& #20046;一半的卵巢癌患者，43% 的结直肠癌患者，38% 的肺癌患者，将近 1/3 的胰腺 癌、胃癌和肝癌患者，以及 1/4 的乳腺癌患者都具有 p53突变。

诺华研究组最初的研究目的是探究如何增加 CRISPR编辑多能干细胞的效率 ，因为多能干细胞具有分化成为所有种类细胞的潜能，这样就可以利 用基因编辑来治疗各种各样的疾病。该公司在马萨诸塞州剑桥市的研 究所的神经科学家 Ajamete Kaykas，成功将 CRISPR技术编辑人多能干细胞 DNA的效率提到 80%。&# 28982;而，不幸的是，大部分细胞最终都没能存活。存活下来的细& #32990;很有可能存在 p53功能失常，从而引发肿瘤风险。这一结论&# 22312;文中的 p53缺陷实验中获得证实。

图 | p53缺陷的人多能干细胞大多能“熬过” CRISPR基因编辑，而普通的&# 22823;部分都凋亡了（图源：Nature Medicine）

因此，诺华组总结道：“确保 p53在基因编辑前后都有功能这一点非&# 24120;重要。”卡罗林斯卡研究组也认为在使用 CRISPR-Cas9技术发展基因编辑疗法 的时候需要审查 p53和其他相关基因仍具有正常功能。

但是，有关 p53的这个发现并不意味着 CRISPR 就“玩完了”。第一， 卡罗林斯卡研究所的生化学家 Bernhard Schmierer认为，“这两篇文章呈现的只是初始 数据，这个发现在临床实验使用的细胞中是否属实还未清楚。”第& #20108;，p53这个问题可能会因为使用其他的 DNA剪切酶（而非 Cas9）而减轻，&#27492 ;外，其他途径的基因剪辑也可能并不涉及到 p53活化。

CRISPR编辑基因的途径有两种。第一种叫做非同源性末端接合 (NHEJ)，&#25110 ;者损伤性修复，即剪切下一大段致病基因，以非同源的碱基补上。&#36825 ;是 CRISPR治疗镰刀形红细胞病采用的方法。第二种叫做同源性重组修复（HDR），也叫纠正性基因修复，即剪切下致病基因后以同源的正常碱& #22522;补上。目前，有几所大学的实验室正在致力于利用 HDR来治疗一些疾病 ，如杜兴氏肌肉营养不良症。